本发明涉及排气分析装置和排气分析方法。
背景技术
如专利文献1所示，以往的排气分析装置构成为将内燃机排出的排气取样到排气流路，并且将上述排气向设置于该排气流路的过滤器等分析设备引导。
在上述排气分析装置中，如果排气在排气流路中被冷却而使排气中的水分(水蒸气)冷凝，则因排气中所包含的水蒸气减少而产生排气成分浓度的变化，或者是因在排气流路内产生水滴而导致水溶性成分的溶解损失等，因此排气流路中的分析设备的上游被加热到不会产生水分冷凝的温度。
但是，迄今为止未对排气流路中的分析设备的下游进行加热，例如排气在从分析设备朝向流量计流动的期间被冷却，由此水分在分析设备的下游冷凝而导致排气流量产生误差。其结果，例如不能高精度地控制内燃机排出的全部排气流量与导向分析设备的排气流量的比率(分流比)等，从而导致分析精度下降。
作为防止水分在分析设备的下游冷凝的方法，可以考虑利用加热器等对分析设备的下游进行加热，但是由此伴随有装置大型化和高成本化，进而导致耗电增加和需要实施安全对策等各种其他问题。
专利文献1：日本专利公开公报特开2000-259254号
技术实现要素：
因此，本发明是为了一举解决上述问题而完成的，其主要课题在于不导致装置大型化、高成本化以及耗电增加等各种问题，就可以防止水分冷凝。
即，本发明的排气分析装置的特征在于包括：排气流路，供内燃机的排气流动，并且设置有分析设备；泵，设置在所述排气流路中的所述分析设备的下游；以及热交换器，接受所述泵的热量和在所述泵的下游流动的排气的热量中的至少一方，并且利用所述热量对在所述排气流路中的所述泵的上游流动的排气进行加热。
按照如此构成的排气分析装置，由于热交换器利用泵的热量和在泵的下游流动的排气的热量，对在泵的上游流动的排气进行加热，所以不需要设置加热器等，就能够使在分析设备的下游流动的排气的温度上升。由此，不会导致装置大型化和高成本化等，就能够防止水分冷凝，从而可以降低由水分冷凝引起的排气流量的误差。由此，可以高精度地控制例如内燃机排出的全部排气流量与导向分析设备的排气流量的比率(分流比)等，实现了分析精度的提高。
此外，以往废弃了泵产生的热量，而按照上述结构，可以有效利用泵的废热，从而可以实现装置的高效化和节能化。
作为具体的实施方式可以列举如下结构。所述热交换器具有：下游侧传热部，位于所述排气流路中的所述泵的下游；以及上游侧传热部，位于所述排气流路中的所述泵的上游，并且与所述下游侧传热部接触。
按照这种结构，可以利用泵自身的热量来加热被泵吸引的排气并排出，并且可以对在泵的上游流动的排气进行加热。
此外优选的是，所述下游侧传热部和所述上游侧传热部中的至少一方具有缓冲空间，所述缓冲空间用于降低在所述排气流路中产生的压力变动。
按照这种结构，可以使下游侧传热部和上游侧传热部兼具缓冲功能和热交换功能。即，按照上述结构，利用下游侧传热部和上游侧传热部，可以降低因泵的脉动而产生的压力变动和噪声，以及降低排气流路内的压力损失等，并且可以对在泵的上游流动的排气进行加热。而且，如果是在泵的下游或上游预先设置有缓冲构件的装置，则能够利用已有的缓冲构件来构成热交换器，因此不会导致装置高成本化和部件个数增加，就能够获得上述作用效果。
此外优选的是，所述排气分析装置包括流量计，所述流量计测定所述排气流路中的所述分析设备的下游的排气流量，所述流量计设置在所述热交换器的下游。
按照这种配置，如上所述，由于利用下游侧传热部和上游侧传热部的缓冲空间降低了压力变动等，所以能够更高精度地测定排气的流量。
作为具体的配置可以列举的是，所述上游侧传热部设置在所述泵和所述分析设备之间，所述下游侧传热部设置在所述泵和所述流量计之间。
为了更可靠地防止排气流路中的水分的冷凝，优选的是，所述热交换器将在所述排气流路中的所述泵的上游流动的排气加热到所述排气中所包含的水分的露点以上。
作为用于对内燃机排出的排气进行稀释并分析的实施方式，可以列举的是，所述排气分析装置还包括稀释器，所述稀释器设置于所述排气流路，并且导入有对所述排气进行稀释的稀释气体。
此外优选的是，所述排气分析装置还包括：稀释气体流路，与所述稀释器连接，供所述稀释气体流动；第二流量计，设置于所述稀释气体流路；以及控制装置，基于由所述流量计测定的排气流量和由所述第二流量计测定的稀释气体流量，对所述泵进行控制。
按照这种结构，如上所述，可以在降低由水分冷凝引起的排气流量的误差的状态下，高精度地控制内燃机排出的全部排气流量与导向分析设备的排气流量的比率(分流比)等。
此外，本发明的排气分析方法是利用排气分析装置的排气分析方法，所述排气分析装置包括：排气流路，供内燃机的排气流动，并且设置有分析设备；以及泵，设置在所述排气流路中的所述分析设备的下游，所述排气分析方法的特征在于，利用所述泵的热量和在所述泵的下游流动的排气的热量中的至少一方，对在所述排气流路中的所述泵的上游流动的排气进行加热。
此外，本发明的排气分析方法是利用排气分析装置的排气分析方法，所述排气分析装置包括：排气流路，供内燃机的排气流动，并且设置有分析设备；以及泵，设置在所述排气流路中的所述分析设备的下游；流量计，测定所述排气流路中的所述分析设备的下游的排气流量；以及缓冲构件，设置在所述排气流路中的所述泵的下游，内部形成为缓冲空间，所述排气分析方法的特征在于，利用所述缓冲构件来接受泵产生的热量，并且通过所述缓冲构件将所述热量向在所述排气流路中的所述泵的上游流动的排气传递。
按照这种排气分析方法，可以利用缓冲构件降低因泵的脉动而产生的压力变动和噪声，以及降低排气流路内的压力损失等，并且能够获得与上述排气分析装置同样的作用效果。
在此基础上，如果缓冲构件是装置已有的构件，则不会导致装置高成本化和部件个数增加，就能够获得上述作用效果。
按照如此构成的本发明，不会导致装置大型化、高成本化以及耗电增加等各种问题，就可以防止水分冷凝从而降低流量计的测定误差。
附图说明
图1是表示本实施方式的排气分析装置的结构的示意图。
图2是表示变形实施方式的排气分析装置的结构的示意图。
图3是表示变形实施方式的排气分析装置的结构的示意图。
图4是表示变形实施方式的热交换器的结构的示意图。
附图标记说明
100排气分析装置
l1排气流路
f分析设备
10加热机构
p泵
fm1第一流量计
30缓冲构件
40热交换器
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的排气分析装置的一个实施方式进行说明。
本实施方式的排气分析装置100用于对未图示的内燃机排出的排气中所包含的成分进行分析，在此用于测量排气中的颗粒状物质(pm)。另外，该排气分析装置100可以搭载于道路上行驶的车辆，由此，可以在道路上实际行驶中，测量内燃机排出的排气中所包含的pm。但是，排气分析装置100并不限定于车载型，也可以应用于设置在实验室等的具有底盘测功机和发动机测功机等的实验设备。
具体地说，如图1所示，该排气分析装置100具有：排气流路l1，供排气导入；稀释气体流路l2，向排气流路l1供给对排气进行稀释的稀释气体；分析设备f，设置在排气流路l1中的相比于排气流路l1与稀释气体流路l2连接的部位更靠下游的部位；加热机构10，至少对排气流路l1中的比分析设备f更靠上游的部位进行加热；泵p，设置在排气流路l1中的分析设备f的下游；以及流量计fm1(以下称为第一流量计fm1)，设置在排气流路l1中的泵p的下游。
排气流路l1的一端例如设置在未图示的内燃机的排气管内，并且从另一端向外部排出由稀释气体稀释的排气。
本实施方式的排气流路l1构成为对内燃机排出的排气的一部分进行分流采集并稀释后，将其全量导向分析设备f，具体地说，该排气流路l1具有微型通道等稀释通道(稀释器)20，该稀释通道20与上述稀释气体流路l2连接。
另外，排气流路l1也可以具有所谓的全流通道，该全流通道将内燃机排出的排气的全量导入稀释通道20内。
稀释气体流路l2向稀释通道20引导稀释气体，一端与未图示的稀释气源连接，另一端与稀释通道20连接。
本实施方式的稀释气体流路l2例如设置有文丘里等第二流量计fm2和流量控制阀v等，能够控制向排气流路l1供给的稀释气体的流量。另外，本实施方式的稀释气体为空气。
分析设备f设置在排气流路l1中的稀释通道20的下游，测量稀释后的排气中所包含的各种成分，在此，分析设备f是捕集排气中所包含的pm的过滤器。另外，分析设备f也可以是连续测定排气的排气分析装置，例如扩散电荷法传感器(dcs)、氢火焰离子化法传感器(fid)、凝聚颗粒计数器(cpc)、电子式低压冲击器(elpi)、扫描电子迁移粒径谱仪(smps)等。
加热机构10将排气流路l1中的至少比分析设备f更靠上游的部位加热到排气中的水分不会冷凝的预定温度(露点以上)，在此对分析设备f和比分析设备f更靠上游的部位进行加热。具体地说，加热机构10例如是使用加热器等的装置，通过取得从外部输入的通断信号来切换加热和停止。另外，加热机构10并不是必须对分析设备f进行加热。
泵p是用于将内燃机排出的排气取样到排气流路l1的取样泵，例如是吸引泵(例如鼓风机)，该吸引泵具有未图示的电机，通过控制电机的转速或者采用可变阀而使吸引能力可变。
在本实施方式中，为了抑制因泵p的脉动等而产生的排气流路l1的压力变动和泵p的噪声等，将内部形成为缓冲空间的缓冲构件30设置在泵p的下游。具体地说，缓冲构件30是铝等金属制成的例如箱体形状或筒体形状等中空形状的构件，例如形成在缓冲构件30的下表面和上表面的接口与形成排气流路l1的配管连接。另外，缓冲构件30的材质和形状并不限定于上述方式，可以适当地进行变更。
第一流量计fm1测定分析设备f的下游的排气流量(由稀释气体稀释后的排气的流量)，在此第一流量计fm1设置在上述缓冲构件30的下游。具体地说，第一流量计fm1是利用文丘里管的文丘里流量计等差压式流量计，但是除了文丘里管以外，也可以使用节流孔、流量喷嘴等流体阻力件。
本实施方式的排气分析装置100包括控制装置c，该控制装置c至少基于第一流量计fm1的测定值来控制泵p。
该控制装置c物理性地包括cpu、存储器、a/d转换器和d/a转换器等，构成为按照存储在所述存储器的预定区域内的程序使cpu和周边设备协同动作，从而分别取得表示上述第一流量计fm1和第二流量计fm2的测定值的流量信号，并且基于这些流量信号来控制泵p和流量控制阀v。
具体地说，上述控制装置c以如下方式实时控制稀释气体的流量：使未图示的内燃机排出的全部排气流量与向稀释通道20采集的分流流量成比例，即，使内燃机排出的全部排气流量与导向分析设备f的排气流量的比率(分流比)恒定。更具体地说，以如下方式控制泵p和流量控制阀v：使下式表示的分流比r恒定，并且使导向分析设备f的流量q4恒定。
r＝q1/q2＝q1/(q4-q3)
r：分流比
q1：来自内燃机的全部排气流量[kg/s]
q2：向稀释通道20分流采集的排气流量[kg/s]
q3：稀释气体的流量[kg/s]
q4：稀释后的排气流量(分析设备f的通过流量)[kg/s]
另外，例如利用设置于排气管的未图示的流量传感器，测定来自内燃机的全部排气流量。
并且，由于被泵p吸引的排气由泵p自身的热量加热并排出，所以虽然排气温度因泵p的种类和结构而不同，但是排气温度在泵p的上游和下游产生大约40～80℃左右的温度差。
并且，本实施方式的排气分析装置100还具有热交换器40，该热交换器40接受泵p的热量和在泵p的下游流动的排气的热量中的至少一方，并且利用该热量对在排气流路l1中的泵p的上游流动的排气进行加热。
如图1所示，该热交换器40构成为将在排气流路l1中的泵p的下游流动的排气的热量向在泵p的上游流动的排气传递。即，上述热交换器40在排气流路l1中的泵p的下游流动的排气和泵p的上游流动的排气之间进行热交换。
在此，利用热交换器40，将在泵p的上游流动的排气加热到该排气中所包含的水分的露点以上，具体地说，将在泵p的上游流动的排气加热到22℃左右。另外，露点是对包含水分的排气进行冷却时开始凝结的温度，包含的水分越多则露点越高，包含的水分越少则露点越低。此外，排气的压力越高则露点越高，排气的压力越低则露点越低。即，由于露点依赖于内燃机排出的排气与稀释气体的比率(即稀释比)以及由泵p减压的排气流路l1内的压力，所以可以适当改变由热交换器40加热的加热温度。
具体地说，热交换器40具有下游侧传热部41和上游侧传热部42，该下游侧传热部41位于排气流路l1中的泵p的下游，该上游侧传热部42位于排气流路l1中的泵p的上游，并且与下游侧传热部41接触。
在本实施方式中，排气流路l1的至少一部分分别在泵p的上游和下游例如沿着相同方向(图1中为上方，但是也可以适当地改变为下方或侧方等)延伸，并且使泵p的上游的一部分和下游的一部分接近配置。而且，热交换器40安装在所述上游的一部分(以下称为上游侧热交换部位l1b)和下游的一部分(以下称为下游侧热交换部位l1a)之间。即，上游侧热交换部位l1b配置有上游侧传热部42，并且下游侧热交换部位l1a配置有下游侧传热部41，通过使上述上游侧传热部42和下游侧传热部41相互接触来构成热交换器40。
另外，由于越接近泵p的输入侧则排气温度越低，越接近泵p的输出侧则排气温度越高，所以为了实现热交换效率的提高，优选将下游侧传热部41和上游侧传热部42配置在泵p的附近，从而将热交换器40设置在泵p的附近。
下游侧传热部41连接有构成排气流路l1的配管，并且是形成有内部空间的例如箱体形状或筒体形状等中空形状的构件，该内部空间构成排气流路l1的一部分。
在本实施方式中，将上述缓冲构件30用作下游侧传热部41，该下游侧传热部41兼具缓冲功能和热交换功能，该缓冲功能抑制因泵p的脉动等而产生的排气流路l1的压力变动，该热交换功能接受在泵p的下游流动的排气的热量，并且将该热量向在泵p的上游流动的排气传递。
上游侧传热部42连接有构成排气流路l1的配管，并且是形成有内部空间的例如箱体形状或筒体形状等中空形状的构件，该内部空间构成排气流路l1的一部分。
本实施方式的上游侧传热部42设置在排气流路l1中的泵p和上述分析设备f之间，并且与作为下游侧传热部41的缓冲构件30相对配置。具体地说，上游侧传热部42例如是铝等金属制成的箱体形状的构件，形成在上游侧传热部42的下表面和上表面的接口与形成排气流路l1的配管连接。本实施方式的上游侧传热部42的内部形成为缓冲空间，并且该上游侧传热部42与上述的作为下游侧传热部41的缓冲构件30结构相同，但是可以适当改变上游侧传热部42的材质和形状等。
该上游侧传热部42的与下游侧传热部41相对的面形成为受热面，在此，下游侧传热部41的一个侧面整体构成为与受热面接触。另外，也可以仅使下游侧传热部41的侧面的一部分与受热面接触。
按照如此构成的本实施方式的排气分析装置100，由于热交换器40利用泵p产生的热量对在泵p的上游流动的排气进行加热，所以不需要设置加热器等，就能够使在分析设备f的下游流动的排气的温度上升。由此，不会导致装置大型化和高成本化等，就能够防止水分冷凝，从而可以降低由水分冷凝引起的第一流量计fm1的测定误差。
此外，由于利用了泵p的废热，所以实现了装置的高效化和节能化。
在此基础上，由于下游侧传热部41和上游侧传热部42兼具缓冲功能和热交换功能，所以能够降低因泵p的脉动而产生的压力变动和噪声，以及降低排气流路l1内的压力损失等，并且能够对在泵p的上游流动的排气进行加热。而且，如果缓冲构件30是装置已有的构件，则能够利用已有的构件来构成热交换器40，因此不会导致装置高成本化和部件个数增加，就能够获得上述作用效果。
此外，由于流量计设置在缓冲构件30的下游，所以能够利用缓冲构件30来降低因泵p的脉动而产生的压力变动等，从而能够更高精度地测定排气的流量。
另外，本发明并不限定于所述实施方式。
例如，在所述实施方式中，热交换器40对在分析设备f和泵p之间流动的排气进行加热，但是如图2所示，热交换器40也可以对在分析设备f的上游流动的排气进行加热。
此外，如图3所示，排气分析装置100也可以进一步具有设置在热交换器40周围的隔热构件60。
如果采用这种隔热构件60，则可以更高效地利用泵p产生的热量。
此外，在所述实施方式中，流量计设置在缓冲构件30的下游，但是流量计也可以设置在泵p的上游。
此外，在所述实施方式中，缓冲构件30用作下游侧传热部41，但是也可以不利用缓冲构件30来构成热交换器40。具体地说，例如可以利用架设在排气流路l1中的泵p的上游和下游之间的金属制板构件等，来构成热交换器40，只要是在排气流路l1中的泵p的上游和下游之间进行热交换的结构即可，可以适当地进行变更。
另外，热交换器40并不限定于接受在泵p的下游流动的排气的热量，也可以是接受从泵p向大气中释放的热量的结构等，只要接受泵p产生的热量即可。具体地说，如图4所示，作为这种热交换器40，可以考虑例如由隔热性构件形成，并且包围且收容泵p，由此，利用泵p的热量使热交换器40的内部空间升温，从而能够对在泵p的上游侧和下游侧流动的排气进行加热。
此外，在所述实施方式中，内燃机排出的排气由稀释气体稀释，但是排气也可以不经稀释就导向分析设备f。
另外，本发明并不限定于所述实施方式，当然能够在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变形。